一种航空钛合金切削液及其制备方法和应用与流程

本发明涉及航空钛合金，具体是涉及一种航空钛合金切削液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、虽然航空钛合金具有众多优异的性能，但却是典型的难加工材料，因为其在加工时切削温度高、化学活性高、变形系数小、弹性模量低、冷硬现象严重，由于以上这些特点的存在使钛加工过程变得非常困难，刀具消耗量大，加工效率很低。因此，需要良好的切削液来进行润滑，从而改善这些钛合金切削时存在的问题。

2、碳量子点(carbon quantum dots，cqds)是碳的新型衍生物，是一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料，它由超细的、分散的、准球形、尺寸低于10nm的碳纳米颗粒组成，其具有均匀的粒径分布、良好的水分散稳定性、理想的反应活性和优异的机械性能，在医学成像技术、环境监测、化学分析、催化剂制备、能源开发等许多领域都有较好的应用前景。经过我们的研究发现，由于碳材料的化学惰性较高，所以碳量子点环境稳定性较高，同时，碳量子点表面上的许多羧基等亲水性的官能团在水中具有优异的溶解性，使得其能够应用于金属切削润滑中。

3、纳米tio2由于其磨削抛光作用常被用于润滑加工领域，同时也经常被用来作为核壳结构的壳材。在一些现有技术中也对此有过一些研究。

4、例如专利cn111004665b公开了一种石墨基纳米二氧化钛润滑油的制备方法，a、石墨粉碎成粒径4～10μm的微粉；b、向微粉石墨中加入高锰酸钾、硫酸、硝酸、四氯化钛，反应100～140min，洗涤、过滤、烘干、于马弗炉中高温膨胀，得到石墨基纳米二氧化钛膨胀石墨；c、再次粉碎至粒径在1～4μm；d、用油酸进行表面改性，改性后加到润滑油基础油中，30～50℃超声均匀即可。其采用物理法及化学法将石墨粉碎至1～4μm，同时将二氧化钛以纳米的形式附着在微米石墨基上，形成石墨基纳米二氧化钛复合材料，提高了润滑油的减压抗磨性能和自修复性能及石墨在润滑油中的稳定性。

5、专利cn111363601b公开了一种氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂、制法与应用。使氟化氧化石墨烯、酸性物质、水/乙醇溶液均匀混合，形成混合溶液，并加入钛源进行陈化，之后加入乙醇，获得均匀混合反应体系；使所述均匀混合反应体系于160～190℃进行水热反应20～30h，得到氟化氧化石墨烯/二氧化钛纳米润滑添加剂。所获复合材料与润滑油具有良好的相容性，从而得到分散均匀的润滑油，该改性润滑油在不同载荷条件下的减摩抗磨性能远远优于纯的润滑油，所需要纳米润滑添加剂的添加量很少，有效节约了资源，同时制备工艺简单，经济实用，适于工业化推广。

6、但是，上述研究并没有解决航空钛合金在切削时存在的问题，一是因为润滑油与切削液所起到的润滑方式不同，二者在成分和功能上有所差异，不能相互混用；二是因为将碳量子点@二氧化钛核壳结构材料应用在切削液中时还需要进行一些改进以符合航空钛合金在切削的要求。还尚未有人对此进行深入研究。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供了一种航空钛合金切削液及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案是：

3、一种航空钛合金切削液，按重量百分比计，包括以下成分：0.5～1.5％的碳量子点@二氧化钛核壳结构材料、0.5％的润湿剂、1～2.5％的防锈剂，余量为去离子水。

4、进一步地，所述润湿剂为十二烷基苯磺酸钠，所述防锈剂为三乙醇胺。

5、说明：选用十二烷基苯磺酸钠作为润湿剂能够起到较好的润滑辅助作用，选用三乙醇胺作为防锈剂能够有效防止航空钛合金生锈。

6、进一步地，所述碳量子点@二氧化钛核壳结构材料的制备方法为：

7、s1、碳量子点制备：按重量份计，将1～3份蔗糖或壳聚糖或葡萄糖置于30～50份乙醇溶液中，在冷水浴中超声处理20～30min，然后加入3～5份质量浓度为30％的过氧化氢溶液，得到第一混合液，随后将第一混合液放入到反应釜中，加热到120～200℃反应12～24h，得到沉淀物，将沉淀物离心洗涤后得到碳量子点；

8、s2、碳量子点@二氧化钛核壳结构制备：按重量份计，将1～5份碳量子点溶于30～50份乙醇溶液中，搅拌得到第二混合液，在搅拌的同时逐滴加入醋酸溶液直至第二混合液的ph值为1.7，最后逐滴加入12～20份钛酸丁酯，在室温下搅拌混合8～12h后，得到第三混合液，将第三混合液离心洗涤后，得到碳量子点@二氧化钛核壳材料。

9、更进一步地，步骤s1中，所述冷水浴的温度为2～6℃。

10、说明：控制步骤s1中冷水浴的温度，从而使糖类稳定快速溶解于乙醇溶液中。

11、更进一步地，步骤s1中所述乙醇溶液和步骤s2中所述乙醇溶液的质量浓度均为95％，步骤s2中所述醋酸溶液的质量浓度为60～80％。

12、说明：选用适合浓度的乙醇溶液和醋酸溶液从而使制备过程更加稳定高效。

13、更进一步地，步骤s2中所述搅拌的转速为100～150rpm，所述室温为20～30℃。

14、说明：选用适当的搅拌转速能够促进反应的进行。

15、更进一步地，步骤s2中，所用的碳量子点大小为6nm±1nm，制备得到的碳量子点@二氧化钛核壳结构材料大小为80～100nm。

16、本发明还提供了一种航空钛合金切削液的制备方法，用于制备上述的一种航空钛合金切削液，按所述配比，取碳量子点@二氧化钛核壳结构材料、润湿剂和防锈剂加入到去离子水中，超声处理20～30min后，加热到60～80℃，搅拌反应20～30min，所述搅拌的转速为200～300rpm，即得到所述航空钛合金切削液。

17、本发明还提供了一种航空钛合金切削液的应用，基于上述的一种航空钛合金切削液，将所述航空钛合金切削液应用在航空钛合金切削润滑中。

18、更进一步地，应用方法为：

19、将每一次航空钛合金切削按照总切削时间划分为前段、中段和后段，其中，前段、中段和后段的时间比为3:3:4，每一段时间所用的切削液不同；

20、在前段时，所用的切削液为所述航空钛合金切削液，将所述航空钛合金切削液对准钛合金切削部位以喷射的方式进行冷却润滑后，将使用后的航空钛合金切削液进行收集并通过0.05～0.1mm滤网进行过滤，得到一次回用切削液；

21、在中段时，所用的切削液为所述一次回用切削液，将所述一次回用切削液再次对所述航空钛合金切削部位以喷射的方式进行冷却润滑，随后将使用后的一次回用切削液进行收集，并通过5000～10000rpm的转速进行离心处理3～5min后得到二次回用切削液；

22、在后段时，所用的切削液为所述二次回用切削液与航空钛合金切削液以8:3的体积比混合而成，将所述二次回用切削液与航空钛合金切削液以8:3的体积比混合后，再次对所述航空钛合金切削部位以喷射的方式进行冷却润滑；

23、在前段、中段和后段进行航空钛合金切削时切削液流量相同，均为5～10l/min。

24、说明：通过对航空钛合金切削液具体应用方法的限定，使其在一次切削时可以根据切削时间段进行循环利用，并且针对不同的回用切削液采用不同的处理方式，根据航空钛合金的零件大小拟定切削所需的总时间，再根据总时间划分切削时间段，对于各个时间段有针对性的调整切削液，保证了润滑效果，使航空钛合金切削过程更加高效合理环保，节约成本避免浪费。

25、本发明的有益效果是：

26、(1)本发明的航空钛合金切削液以碳量子点@二氧化钛核壳结构材料为主要原材料，具有分散性能优异、稳定性好、润滑性能持久及绿色环保等优点，大大提高了航空钛合金在加工时各种工具的使用寿命，减少了传统冷轧乳化油带来的污染，解决了传统切削液对环境污染和对人体有害等问题。

27、(2)本发明的航空钛合金切削液制备方法便捷，实施难度低，可进行批量生产，且制得的碳量子点@二氧化钛材料为纳米级的球状颗粒，颗粒均匀，粒径约为80～100nm左右，使得航空钛合金切削液具有良好的润滑性能。

28、(3)本发明的航空钛合金切削液的应用方法通过对航空钛合金切削液具体应用方法的限定，使其在一次切削时可以根据切削时间段进行循环利用，并且针对不同的回用切削液采用不同的处理方式，根据航空钛合金的零件大小拟定切削所需的总时间，再根据总时间划分切削时间段，对于各个时间段有针对性的调整切削液，保证了润滑效果，使航空钛合金切削过程更加高效合理环保，节约成本避免浪费。